JP4500955B2 - Cerebral evaluation device - Google Patents

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Description

本発明は、被験者の発話音声信号の周期性を利用したカオス論的信号処理方法を用いて、発話音声信号の分析を行い、被験者の大脳の活性状態を計測・評価する大脳評価装置に関する。  The present invention relates to a cerebral evaluation apparatus that analyzes an utterance voice signal by using a chaotic signal processing method using periodicity of a subject's utterance voice signal, and measures and evaluates an active state of the subject's cerebrum.

被験者が発する発話音声信号に対してカオス論的な解析を行うことで、被験者の大脳の活性度等を測定出来ることが知られており、その代表的な処理装置として、特願2001−348108号(特許文献1)、特願2002−82734号(特許文献2)、特願2001−116408号(特許文献3)、特願2001−280105号(特許文献4)等がある。  It is known that the activity of the cerebrum of a subject can be measured by performing chaotic analysis on an utterance voice signal uttered by the subject, and Japanese Patent Application No. 2001-348108 is a typical processing device. (Patent Document 1), Japanese Patent Application No. 2002-82734 (Patent Document 2), Japanese Patent Application No. 2001-116408 (Patent Document 3), Japanese Patent Application No. 2001-280105 (Patent Document 4), and the like.

これらの各特許文献に開示された発明では、発話音声信号を含む被験者の何らかの生体信号を取得し、その信号をカオス論的処理方法により、分析、診断等を行っている。  In the invention disclosed in each of these patent documents, some biological signal of a subject including a speech voice signal is acquired, and the signal is analyzed and diagnosed by a chaotic processing method.

つまりこのような上述の各特許文献に開示のカオス論的な処理方法を利用した装置又はシステム等では、従来からよく知られているカオス論的な解析方法、例えばウォルフのアルゴリズム、カンツのアルゴリズム、ローゼンシュタインのアルゴリズム、オーレルのアルゴリズム、佐野澤田のアルゴリズム等の各種の方法が用いられている。  That is, in the apparatus or system using the chaotic processing method disclosed in each of the above-mentioned patent documents, a chaotic analysis method that has been well known in the past, such as Wolf's algorithm, Kanz's algorithm, Various methods such as Rosenstein's algorithm, Aurel's algorithm, and Sano Sawada's algorithm are used.

特願2001−348108号Japanese Patent Application No. 2001-348108 特願2002−82734号Japanese Patent Application No. 2002-82734 特願2001−116408号Japanese Patent Application No. 2001-116408 特願2001−280105号Japanese Patent Application No. 2001-280105

上述のような従来技術に於いて、特に上述の特許文献1に開示された装置では、被験者に対して意図的に、被験者が意識可能な負荷を加えることによって発せられる音声を取得し、それを評価することを目的としている。このような装置で、被験者に対して意図的に負荷を加えているのは、被験者に対して負荷を加えることによって、その者の大脳の活性度を限界まで高め、その限界値を測定することによって、被験者の大脳の活性度の評価、例えば脳疾病の状態、等を評価・診断する為である。  In the prior art as described above, in particular, in the apparatus disclosed in Patent Document 1 described above, a voice uttered by intentionally applying a load that the subject can be aware of is acquired and The purpose is to evaluate. In such a device, the load is intentionally applied to the subject by increasing the activity of the person's cerebrum to the limit by applying the load to the subject and measuring the limit value. This is to evaluate / diagnose the evaluation of the activity of the cerebrum of the subject, for example, the state of brain disease.

近年、本発明者の研究(塩見格一著、「発話分析から考える脳機能モデル」、日本感性工学会論文誌、感性工学研究論文集、第4巻1号、2004年2月、p.3−p.12)によって、被験者が発する発話音声信号には、発話音声信号と、その発話音声信号のカオス性を擾乱させるノイズ(ここでいうノイズとは、被験者が発話する際に大脳の部野で交換される信号に発生するノイズである。上述の本発明者の研究によって、大脳のウェルニッケ野とブローカー野で交換される信号や両野の内部信号にこのノイズが発生していると考えられている)を含んでいることが分かってきた。そして、発話音声信号のカオス性そのものは被験者に対して負荷を加えても加えなくても、あまり変化は見られず、負荷を加えることによって変化するのはそのノイズの部分であると考えられている。  In recent years, research by the present inventor (Shoichi Shiomi, “Brain function model considered from speech analysis”, Journal of Kansei Engineering, Journal of Kansei Engineering, Vol. 4, No. 1, February 2004, p. 3 -P.12), the utterance voice signal uttered by the subject includes the utterance voice signal and noise that disturbs the chaotic nature of the utterance voice signal (the noise here refers to the brain area when the subject utters). It is considered that this noise is generated in the signals exchanged between the Wernicke area and the broker area of the cerebrum and the internal signals of both areas. Has been found to contain. And, the chaotic nature of the speech signal itself does not change much whether or not a load is applied to the subject, and it is thought that it is the noise part that changes with the load. Yes.

上述の考察による脳機能モデルから考えれば、従来の技術では、被験者に意識可能な負荷を加えることは、単にこのノイズを増長させているに過ぎない。つまり被験者が本来持っている発話音声信号のカオス解析をしているのではなく、そのノイズ部分も含んだ発話音声信号のカオス解析をしていることとなり、又、そもそも発話音声信号は、上述のようにダイナミックスが時間的に変化する系であることから、有意な値を得ることが出来ず有効な解析とはならない。  Considering the brain function model based on the above consideration, in the conventional technique, applying a load that can be conscious of the subject merely increases the noise. In other words, the subject does not analyze the chaos of the speech signal originally possessed by the subject, but analyzes the chaos of the speech signal including the noise part. Thus, since the dynamics changes with time, a significant value cannot be obtained and the analysis is not effective.

更に上述の従来のカオス解析では、そもそも、その解析の対象がダイナミックス(ダイナミックスとは、物理的な形状等により制限される挙動、又は挙動を与える性質)の安定な系であることを前提としている。従って、発話音声信号のようなダイナミックスが時間的に変化する系に於いては、時間局所的な第1リアプノフ指数、佐野澤田のアルゴリズムで言うところのリアプノフ・スペクトルを、有意な値として算出することが出来ない。  Furthermore, in the above-mentioned conventional chaos analysis, it is originally assumed that the object of the analysis is a stable system of dynamics (behavior limited by physical shape, etc., or a property that gives behavior). It is said. Therefore, in a system in which dynamics such as an utterance voice signal change with time, the first local Lyapunov exponent and the Lyapunov spectrum referred to in the Sano-Sawada algorithm are calculated as significant values. I can't.

尚、ダイナミックスの安定な系とは、物理的な配置や長さが変化しない系であって、このような系がカオス的な挙動を示す場合には、その系の与える時系列信号から生成されるストレンジ・アトラクタの形状は類似な形状となる。又、ダイナミックスが時間的に変化する系とは、例えば生物の発話音声器官のような系であって、物理的な配置や長さが変化する系である。例えば/a/音と/o/音を発話している状況では、喉から口腔内の形状は異なり、発話音声信号から生成されるストレンジ・アトラクタは異なる形状となる。  A system with stable dynamics is a system whose physical arrangement and length do not change. When such a system exhibits chaotic behavior, it is generated from the time series signal given by the system. The shape of the strange attractor is similar. A system in which dynamics changes with time is a system such as a living speech speech organ, for example, in which the physical arrangement and length change. For example, in a situation where / a / sound and / o / sound are uttered, the shape of the oral cavity from the throat is different, and the strange attractor generated from the speech signal is different.

一方、発話音声信号は、上述のように発話時に喉から口腔内の形状が変化する等の要因から、そのダイナミックスが時間的に変化する系の生成する時系列信号であると考えられている。従って、従来のダイナミックスが時間的に安定な系でのカオス解析を前提としている上述の各特許文献のカオス解析の方法では、その処理結果を有意な値として算出することが出来ず、有効な解析とはならない。  On the other hand, the speech signal is considered to be a time-series signal generated by a system whose dynamics changes with time due to factors such as the shape of the oral cavity changing from the throat during speech as described above. . Therefore, the chaos analysis method of each of the above-mentioned patent documents, which presupposes chaos analysis in a system in which dynamics is stable in time, cannot calculate the processing result as a significant value and is effective. It is not an analysis.

そこで本発明者等は、ダイナミックスが時間的に変化する系の時系列信号である、被験者が発する発話音声信号を取得し、その発話音声信号を本発明者等が新たに発明した、発話音声信号の周期性を利用したカオス論的信号処理方法を用いてカオス解析を行うことで、被験者の大脳の活性度を有意に測定し、評価する大脳評価装置を発明した。  Therefore, the present inventors obtain a speech voice signal uttered by a subject, which is a time series signal of a system in which dynamics changes with time, and the speech voice signal newly invented by the present inventors. We have invented a cerebral evaluation device that significantly measures and evaluates the activity of a subject's cerebrum by performing chaos analysis using a chaotic signal processing method that utilizes signal periodicity.

更に本発明の大脳評価装置で用いた発話音声信号の周期性を利用したカオス論的信号処理では、カオス性の強度とそのカオス性を擾乱させるノイズの強度を相対的に評価することが可能であるので、特許文献1に示したように、被験者に意識されるような負荷を加える必要がなくなる。  Furthermore, in the chaotic signal processing using the periodicity of the speech signal used in the cerebral evaluation apparatus of the present invention, it is possible to relatively evaluate the strength of the chaotic property and the strength of the noise that disturbs the chaotic property. Therefore, as shown in Patent Document 1, it is not necessary to apply a load that is recognized by the subject.

請求の範囲1の発明は、被験者の発話する発話音声信号によって大脳の状態を評価する大脳評価装置であって、複数の被験者の発話音声信号のカオス論的指標値を記録している統計情報データベースと、前記発話音声信号を取得する発話音声信号取得部と、前記取得した発話音声信号の周期性を利用したカオス論的信号処理により、前記発話音声信号のカオス論的指標値を演算するカオス論的指標値演算部と、前記演算したカオス論的指標値を、前記統計情報データベースを参照し、前記被験者の大脳の状態を評価する評価部と、前記評価部で評価した結果を出力する出力部と、を有する大脳評価装置である。  The invention of claim 1 is a cerebral evaluation device that evaluates the state of the cerebrum based on utterance voice signals uttered by a subject, and is a statistical information database in which chaotic index values of utterance voice signals of a plurality of subjects are recorded. An utterance voice signal acquisition unit for acquiring the utterance voice signal, and a chaos theory for calculating a chaotic theory index value of the utterance voice signal by chaotic signal processing using periodicity of the acquired utterance voice signal. An index value calculation unit, an evaluation unit that evaluates the cerebral state of the subject with reference to the statistical information database, and an output unit that outputs a result evaluated by the evaluation unit And a cerebral evaluation device.

本発明によって、ダイナミックスが時間的に変化する系の時系列信号である発話音声信号に基づいて、有意なカオス論的指標値を算出することが出来る。そしてその算出したカオス論的指標値を、他の複数の被験者のカオス論的指標値の統計情報と比較することによって、被験者の大脳の活性度を統計的なデータに対応させ評価することで、その被験者の大脳がどのような状態にあるのか評価(診断)することが出来る。  According to the present invention, a significant chaotic index value can be calculated based on a speech signal that is a time-series signal of a system in which dynamics changes with time. And by comparing the calculated chaotic index value with statistical information of the chaotic index values of other subjects, the activity of the subject's cerebrum is correlated with statistical data and evaluated, It is possible to evaluate (diagnose) the state of the subject's cerebrum.

請求の範囲2の発明は、被験者の発話する発話音声信号によって大脳の状態を評価する大脳評価装置であって、前記被験者の発話音声信号のカオス論的指標値を経時的に記録している統計情報データベースと、前記発話音声信号を取得する発話音声信号取得部と、前記取得した発話音声信号の周期性を利用したカオス論的信号処理により、前記発話音声信号のカオス論的指標値を演算するカオス論的指標値演算部と、前記演算したカオス論的指標値を、前記統計情報データベースを参照し、前記被験者の大脳の状態を評価する評価部と、前記評価部で評価した結果を出力する出力部と、を有する大脳評価装置である。  The invention according to claim 2 is a cerebral evaluation device that evaluates a cerebral state based on an utterance voice signal uttered by a subject, and is a statistic that records a chaotic index value of the utterance voice signal of the subject over time. An chaos theory index value of the utterance voice signal is calculated by an information database, a utterance voice signal acquisition section that acquires the utterance voice signal, and chaotic signal processing using periodicity of the acquired utterance voice signal. A chaos theoretical index value calculation unit, the calculated chaos theoretical index value with reference to the statistical information database, an evaluation unit for evaluating the cerebral state of the subject, and a result evaluated by the evaluation unit are output. And a cerebral evaluation device having an output unit.

本発明によって、ダイナミックスが時間的に変化する系の時系列信号である発話音声信号に基づいて、有意なカオス論的指標値を算出することが出来る。そしてその算出した自らのカオス論的指標値を経時的に記録しておくことによって、被験者の大脳の経時的な状態の変化を評価することが出来、被験者に脳機能疾病の発生の可能性の有無、その進行状態の評価を行うことが出来る。  According to the present invention, a significant chaotic index value can be calculated based on a speech signal that is a time-series signal of a system in which dynamics changes with time. Then, by recording the calculated chaotic index value over time, it is possible to evaluate changes in the state of the subject's cerebrum over time and Presence / absence and its progress can be evaluated.

請求の範囲3の発明は、前記発話音声信号取得部は、音声取得装置により取得された発話音声信号がAD変換器によりサンプリングされた後の発話音声信号を取得する、大脳評価装置である。  The invention of claim 3 is the cerebral evaluation device, wherein the utterance voice signal acquisition unit acquires the utterance voice signal after the utterance voice signal acquired by the voice acquisition device is sampled by the AD converter.

発話者の音声はマイクロフォンにより取得される。取得された発話音声信号はアナログ信号であるので、それを大脳評価装置でのカオス解析の為にAD変換器でデジタル信号に変換すると良い。  The voice of the speaker is acquired by a microphone. Since the acquired speech audio signal is an analog signal, it may be converted into a digital signal by an AD converter for chaos analysis in the cerebral evaluation device.

請求の範囲4の発明は、前記統計情報データベースは、前記複数の被験者の発話音声信号のカオス論的指標値と、その者の人種、年齢、性別のうちのいずれか一以上とを対応づけて記録しており、前記評価部は、前記発話した被験者の人種、年齢、性別のうちいずれか一以上とその者のカオス論的指標値と、前記統計情報データベースに記録している人種、年齢、性別、カオス論的指標値とを比較し、前記被験者の大脳の状態を評価する、大脳評価装置である。  In the invention according to claim 4, the statistical information database associates the chaotic index value of the speech signals of the plurality of subjects with one or more of the race, age, and gender of the person. The evaluation unit records at least one of the race, age, and sex of the subject who spoke and the chaotic index value of the subject, and the race recorded in the statistical information database. A cerebral evaluation device that compares age, sex, and chaotic index values to evaluate the cerebral state of the subject.

本発明を用いて発話音声信号のカオス解析を行う際には、その人種、年齢、性別等と、カオス論的指標値とを対応づけて記録しておくことにより、被験者の大脳の状態をより精度良く評価することが出来る。  When performing chaos analysis of a speech signal using the present invention, the race, age, gender, etc., and chaos index values are recorded in association with each other, so that the state of the cerebrum of the subject can be determined. More accurate evaluation can be made.

請求の範囲5の発明は、前記統計情報データベースは、前記被験者の発話音声信号のカオス論的指標値を、前記被験者の加齢情報、脳機能疾病状態の経時的変化と対応づけて記録しており、前記評価部は、前記被験者のカオス論的指標値の経時的変化に基づいて、前記被験者の大脳の状態を評価する、大脳評価装置である。  In the invention of claim 5, the statistical information database records the chaotic index value of the speech signal of the subject in association with the aging information of the subject and the temporal change of the brain function disease state. And the said evaluation part is a cerebral evaluation apparatus which evaluates the state of the said test subject's cerebrum based on the time-dependent change of the test subject's chaotic index value.

本発明を用いて発話音声信号のカオス解析を行う際には、被験者のカオス論的指標値を経時的に記録することによって、その被験者の経時的変化を把握することが出来る。  When performing chaos analysis of an utterance voice signal using the present invention, it is possible to grasp the temporal change of the subject by recording the chaos theoretical index value of the subject over time.

請求の範囲6の発明は、前記大脳評価装置は、前記発話音声の取得環境を制御する為の発話音声取得環境生成装置と、前記発話音声取得環境生成装置で指定された環境を再生する環境再生装置と接続しており、前記発話音声取得環境生成装置は、前記被験者に対して映像、画像、音声のうちいずれか一以上を前記被験者に対して再生する環境として決定し、前記環境再生装置から、前記決定した環境を再生する、大脳評価装置である。  The invention of claim 6 is characterized in that the cerebral evaluation device reproduces an utterance voice acquisition environment generation device for controlling the utterance voice acquisition environment and an environment designated by the utterance voice acquisition environment generation device. The utterance voice acquisition environment generation device is determined as an environment for the subject to reproduce at least one of video, image, and voice, and the environment playback device A cerebral evaluation device for reproducing the determined environment.

被験者の発話音声を取得する際に、本発明のように発話音声取得環境生成装置を用いることによって、被験者の意識を環境再生装置で再生される映像、画像、音声に集中させることによって、被験者が発話する発話音声の均質化を図ることが出来る。これによって、大脳評価装置で算出するカオス論的指標値の精度を向上させることが可能となる。  When acquiring the utterance voice of the subject, by using the utterance voice acquisition environment generation device as in the present invention, by concentrating the subject's consciousness on the video, image, and sound reproduced by the environment playback device, Homogeneity of uttered voice can be achieved. This makes it possible to improve the accuracy of the chaotic index value calculated by the cerebral evaluation device.

本発明を用いることによって、発話音声信号から被験者の大脳の活性度を有意にカオス論的に評価することが可能となる。そしてこの測定した値を予め記録してある大脳の活性度の統計データと比較することによって、被験者の脳の活性度がどの程度であるか、例えば被験者の痴呆の進行状況等を把握することが出来る。  By using the present invention, it becomes possible to evaluate the activity of the cerebrum of the subject from the utterance voice signal significantly in chaos theory. Then, by comparing this measured value with pre-recorded statistical data of cerebral activity, it is possible to grasp the degree of activity of the subject's brain, for example, the progress of dementia of the subject, etc. I can do it.

本発明を用いたシステム構成の一例を図1のシステム構成図に示す。図1のシステム構成図では、本発明にかかる大脳評価装置1と被験者の発話音声信号を取得するマイクロフォン10、マイクロフォン10で取得した発話音声信号を通常のオーディオラインレベルに増幅するマイクロフォン用ヘッドアンプ11、大脳評価装置1に対して入力を行うキーボード、マウス等の操作入力装置12、ディスプレイ、プリンタ等の出力装置13の構成を示す。尚、マイクロフォン10の他にも被験者の発話音声を取得できる音声取得装置であれば良く、音声取得装置には骨伝導マイクロフォン(骨伝導ピックアップ)、咽の振動をマイクロ波やミリ波により計測し取得するレーダ装置等も含まれる。  An example of a system configuration using the present invention is shown in the system configuration diagram of FIG. In the system configuration diagram of FIG. 1, a cerebral evaluation apparatus 1 according to the present invention, a microphone 10 that acquires a speech voice signal of a subject, and a microphone head amplifier 11 that amplifies a speech voice signal acquired by the microphone 10 to a normal audio line level. 2 shows a configuration of an operation input device 12 such as a keyboard and a mouse for inputting to the cerebral evaluation device 1 and an output device 13 such as a display and a printer. In addition to the microphone 10, any voice acquisition device that can acquire the speech voice of the subject may be used. The voice acquisition device is a bone conduction microphone (bone conduction pickup), and the vibration of the throat is obtained by measurement using microwaves or millimeter waves. Also included are radar devices and the like.

図2は本発明にかかる大脳評価装置1のシステム構成の一例を示すシステム構成図である。大脳評価装置1は、発話音声信号取得部2とカオス論的指標値演算部3と評価部4と出力部5と統計情報データベース6とを有している。  FIG. 2 is a system configuration diagram showing an example of the system configuration of the cerebral evaluation apparatus 1 according to the present invention. The cerebral evaluation device 1 includes an utterance voice signal acquisition unit 2, a chaotic index value calculation unit 3, an evaluation unit 4, an output unit 5, and a statistical information database 6.

発話音声信号取得部2は、マイクロフォン用ヘッドアンプ11で増幅された発話音声信号を取得する手段である。  The utterance voice signal acquisition unit 2 is means for acquiring the utterance voice signal amplified by the microphone head amplifier 11.

カオス論的指標値演算部3は、発話音声信号の周期性を利用したカオス論的信号処理方法に基づいて、当該発話音声信号のカオス論的指標値を演算する手段である。このカオス論的信号処理方法は、国際出願PCT/JP2003/16954号、「発話分析から考える脳機能モデル」(塩見格一著、2004年2月、日本感性工学会論文誌、感性工学研究論文集、第4巻1号p.3−p.12)に記載の方法を用いて演算することにより実現することが出来る。  The chaos theoretical index value calculation unit 3 is a means for calculating a chaos theoretical index value of the speech signal based on a chaotic signal processing method using the periodicity of the speech signal. This chaotic signal processing method is described in the international application PCT / JP2003 / 16954, “Brain function model considered from speech analysis” (Seiichi Shiomi, February 2004, Journal of Kansei Engineering, Journal of Kansei Engineering) , Volume 4, No. 1, p.3-p.12).

即ち、まず、発話音声信号取得部2で読み込んだ発話音声信号をサンプリングし、そのサンプル時刻に対するカオス論的指標値をミクロスコピックなカオス論的指標値として計算する為の所定の処理単位毎に切り出す。そして切り出した所定の処理単位の発話音声信号に於いて、ミクロスコピックなカオス論的指標値を算出する。  That is, first, the utterance voice signal read by the utterance voice signal acquisition unit 2 is sampled, and a chaotic index value for the sample time is cut out for each predetermined processing unit for calculating as a microscopic chaotic index value. . Then, a microscopic chaotic index value is calculated in the extracted speech signal of a predetermined processing unit.

又、予め定められた時間に対する発話音声信号のカオス論的指標値をマクロスコピックなカオス論的指標値として、ミクロスコピックなカオス論的指標値に基づいて算出する。  Further, the chaotic theoretical index value of the speech signal for a predetermined time is calculated as a macroscopic chaotic theoretical index value based on the microscopic chaotic theoretical index value.

尚、ミクロスコピックなカオス論的指標値とは、上述の各サンプリング時間に対する発話音声信号のカオス論的指標値を示し、マクロスコピックなカオス論的指標値とは、ミクロスコピックなカオス論的指標値に基づく、予め定められた時間、例えば音韻の継続時間に対するカオス論的指標値である。この概念を図5に示す。  The microscopic chaotic index value indicates the chaotic index value of the speech signal for each sampling time described above, and the macroscopic chaotic index value indicates the microscopic chaotic index value. Is a chaotic index value for a predetermined time, for example, the duration of a phoneme. This concept is illustrated in FIG.

評価部4は、カオス論的指標値演算部3で算出した被験者のカオス論的指標値(マクロスコピックなカオス論的指標値)を、後述する統計情報データベース6を参照することによって、被験者の大脳の活性度を評価する手段である。  The evaluation unit 4 refers to the chaos theory index value (macroscopic chaos index value) of the subject calculated by the chaos theory index value calculation unit 3 by referring to the statistical information database 6 described later, thereby determining the cerebrum of the subject. It is a means to evaluate the activity of.

出力部5は、評価部4で評価した結果を、大脳評価装置1と接続したディスプレイやプリンタ等の出力装置13に出力する手段である。  The output unit 5 is a means for outputting the result evaluated by the evaluation unit 4 to an output device 13 such as a display or a printer connected to the cerebral evaluation device 1.

統計情報データベース6は、多数の被験者の発話音声信号のカオス論的指標値(マクロスコピックなカオス論的指標値)を、被験者の人種、年齢、性別等に対応させて記録しているデータベースである。  The statistical information database 6 is a database that records chaos-theoretic index values (macroscopic chaos-theoretic index values) of speech signals of a large number of subjects in correspondence with the race, age, sex, etc. of the subjects. is there.

統計情報データベース6に記録しているカオス論的指標値(マクロスコピックなカオス論的指標値)を、年齢に対応させた場合のグラフを図6に示す。このグラフを見れば分かるように、幼少期から10歳程度までは急激に増大しており、その後20歳程度までは緩やかな増大、その後は50歳程度まではほぼ一定値を保つ。そしてその後は緩やかに減少する。  FIG. 6 shows a graph in the case where the chaotic index value (macroscopic chaotic index value) recorded in the statistical information database 6 is associated with the age. As can be seen from this graph, it increases rapidly from childhood until about 10 years old, then gradually increases until about 20 years old, and then keeps a substantially constant value until about 50 years old. After that, it decreases gradually.

そうすると被験者のカオス論的指標値と統計情報データベース6に記録しているカオス論的指標値とを比較することによって、例えば被験者が60歳なのに、統計情報データベース6に記録しているカオス論的指標値よりも著しく値が小さかった場合には、被験者は大脳に何らかの異常(例えば脳機能疾病や痴呆等)があることが推測される。従って、このような数値の比較を評価部4で行う。  Then, by comparing the chaotic theoretical index value of the subject with the chaotic theoretical index value recorded in the statistical information database 6, for example, the chaotic theoretical index recorded in the statistical information database 6 when the subject is 60 years old. When the value is significantly smaller than the value, it is estimated that the subject has some abnormality in the cerebrum (for example, brain function disease, dementia, etc.). Therefore, the numerical value comparison is performed by the evaluation unit 4.

又、統計情報データベース6は、個々の被験者の発話音声信号のカオス論的指標値を、長期間にわたるその被験者の加齢情報に対応づけて、又その被験者に脳機能疾病が認められた場合にはその疾病状態の経時的な変化の情報と対応づけて記録する。  Further, the statistical information database 6 associates the chaotic index value of the speech signal of each subject with the aging information of the subject over a long period of time, and when the brain function disease is recognized in the subject. Records the disease state in association with information over time.

次に本発明の大脳評価装置1の処理プロセスの流れの一例を図4のフローチャート図、図1及び図2のシステム構成図を用いて説明する。  Next, an example of the flow of the processing process of the cerebral evaluation apparatus 1 of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 4 and the system configuration diagrams of FIGS.

まず、被験者は何らかの発話を行い、その発話音声をマイクロフォン10で取得する(S100)。この取得した発話音声の発話音声信号を、マイクロフォン用ヘッドアンプ11でオーディオラインレベルにまで増幅する(S110)。  First, the subject utters something and acquires the uttered voice with the microphone 10 (S100). The acquired speech signal of the speech sound is amplified to the audio line level by the microphone head amplifier 11 (S110).

そしてこの増幅された発話音声信号が大脳評価装置1に入力され、大脳評価装置1の発話音声信号取得部2で取得する(S120)。尚、発話音声信号取得部2で取得した発話音声信号がデジタル信号でない場合には、AD変換器等を用いてアナログ信号をデジタル信号に変換する。  The amplified speech audio signal is input to the cerebral evaluation device 1 and acquired by the speech audio signal acquisition unit 2 of the cerebral evaluation device 1 (S120). When the speech signal acquired by the speech signal acquisition unit 2 is not a digital signal, the analog signal is converted into a digital signal using an AD converter or the like.

AD変換器等により発話音声信号をサンプリングし、カオス論的指標値演算部3は、被験者の発話音声信号の有する周期性を利用して、被験者のカオス論的指標値を算出する(S130)。即ち、まずそのサンプル時刻に対するカオス論的指標値をミクロスコピックなカオス論的指標値として計算する為の所定の処理単位毎に切り出す。そして切り出した各所定の処理単位の発話音声信号に対して、ミクロスコピックなカオス論的指標値を算出する。  The utterance voice signal is sampled by an AD converter or the like, and the chaotic index value calculation unit 3 calculates the chaotic index value of the subject using the periodicity of the utterance voice signal of the subject (S130). That is, first, a chaotic index value for the sample time is cut out for each predetermined processing unit for calculating as a microscopic chaotic index value. Then, a microscopic chaotic index value is calculated for the extracted speech signal of each predetermined processing unit.

又、算出したミクロスコピックなカオス論的指標値に基づいて、予め定められた時間に対する発話音声信号のカオス論的指標値、即ちマクロスコピックなカオス論的指標値を算出する。ここで予め定められた時間とは、例えば音韻の継続時間とすることが出来る。このようにして算出されたマクロスコピックなカオス論的指標値を、カオス論的指標値演算部3から出力するカオス論的指標値として、評価部4に送信する。  Also, based on the calculated microscopic chaotic index value, the chaotic index value of the speech signal for a predetermined time, that is, the macroscopic chaotic index value is calculated. Here, the predetermined time may be, for example, a phoneme duration. The macroscopic chaotic index value calculated in this way is transmitted to the evaluation section 4 as a chaotic index value output from the chaotic index value calculation section 3.

評価部4は、カオス論的指標値演算部3で算出した被験者のカオス論的指標値を、統計情報データベース6を参照することによって、被験者の大脳の活性度を評価する(S140)。統計情報データベース6は、多数の被験者の発話音声信号のカオス論的指標値を、その人種、年齢、性別等に対応させて記録しているので、S130で算出した被験者のカオス論的指標値と、統計情報データベース6に記録しているカオス論的指標値とを比較することで、評価を行う。  The evaluation unit 4 evaluates the activity of the cerebrum of the subject by referring to the statistical information database 6 for the chaotic theory index value of the subject calculated by the chaotic index value calculation unit 3 (S140). Since the statistical information database 6 records the chaotic index values of the speech signals of many subjects corresponding to the race, age, sex, etc., the chaotic index values of the subjects calculated in S130. And the chaotic theory index value recorded in the statistical information database 6 is compared.

例えば統計情報データベース6では、年齢と多数の被験者のカオス論的指標値とを対応させて記録している場合、評価対象とする被験者の年齢とカオス論的指標値と、統計情報データベース6に記録されている年齢とカオス論的指標値とを比較することによって、当該評価対象となる被験者の大脳の活性度が、被験者の年齢の統計情報に即したものであるか、等を評価することが出来る。  For example, in the statistical information database 6, when the age and the chaotic theoretical index values of a large number of subjects are recorded in association with each other, the age of the subject to be evaluated, the chaotic theoretical index value, and the statistical information database 6 are recorded. The cerebral activity of the subject to be evaluated can be evaluated according to the statistical information of the age of the subject, etc. I can do it.

統計情報データベース6に記録しているカオス論的指標値と年齢の対応関係が図6に示したようなものである場合、例えば被験者が60歳なのに、統計情報データベース6に記録しているカオス論的指標値よりも著しく値が小さかった場合には、被験者は大脳に何らかの異常(例えば脳機能疾病や痴呆等)があることが推測される。従って、このような数値の比較を評価部4で行う。  In the case where the correspondence between the chaotic index value and the age recorded in the statistical information database 6 is as shown in FIG. 6, for example, the chaos theory recorded in the statistical information database 6 when the subject is 60 years old. When the value is significantly smaller than the target index value, it is estimated that the subject has some abnormality in the cerebrum (for example, brain function disease, dementia, etc.). Therefore, the numerical value comparison is performed by the evaluation unit 4.

このように評価した結果を、出力部5から出力装置13に出力する(S150)。例えば上述の例では、被験者のカオス論的指標値を出力装置13で出力したり、図6で示したようなグラフに重畳して表示したり、「大脳に何らかの異常が認められます」とのような結果を表示しても良い。  The evaluation result is output from the output unit 5 to the output device 13 (S150). For example, in the above-mentioned example, the chaos theoretical index value of the subject is output by the output device 13 or displayed superimposed on the graph as shown in FIG. 6, or “There is some abnormality in the cerebrum” Such a result may be displayed.

尚、個々の被験者の発話音声信号の処理結果としてのカオス論的指標値を、長期間に亘るその被験者の加齢情報と共に、又その被験者に脳機能疾病が認められた場合にはその疾病状態の啓示的な変化の情報と共に統計情報データベース6に記録しておくことによって、その被験者の経時的なカオス論的指標値の変化により、その者に於ける脳機能疾病の発生の有無、又進行状態の評価を可能とする。  In addition, the chaos theoretical index value as the processing result of the speech signal of each individual subject, together with the aging information of the subject over a long period of time, and if the subject has a brain function disease, the disease state By recording it in the statistical information database 6 along with information on the revelation of the subject, the presence or absence of the development of brain function disease in the subject due to the change in the chaotic index value of the subject over time, or progression Enables assessment of condition.

次に本発明の他のシステム構成の一例を図3に示す。図3のシステム構成の場合、図1のシステム構成に、発話音声の取得環境を制御する為の発話音声取得環境生成装置14とその環境を再生する環境再生装置15を加えたものである。  Next, an example of another system configuration of the present invention is shown in FIG. In the case of the system configuration of FIG. 3, an utterance voice acquisition environment generation device 14 for controlling the utterance voice acquisition environment and an environment playback device 15 for reproducing the environment are added to the system configuration of FIG.

発話音声取得環境生成装置14は、視力検査や聴力検査に類する発話音声取得の環境を実現する装置であり、環境再生装置15は、映像、画像を再生するディスプレイ、音声を再生するスピーカーやヘッドフォンである。  The utterance voice acquisition environment generation device 14 is a device that realizes an utterance voice acquisition environment similar to a visual acuity test and an audiometry. The environment playback device 15 is a display for playing back images and images, a speaker and headphones for playing back sound. is there.

このように発話音声取得環境生成装置14を用いることによって、被験者の意識を環境再生装置15に表示される映像や画像、音声に集中させることによって、被験者が発話する発話音声の均質化を図ることが出来る。これによって、大脳評価装置1で算出するカオス論的指標値の精度を向上させることが可能となる。  By using the utterance voice acquisition environment generation device 14 in this way, the utterance voice uttered by the subject is homogenized by concentrating the subject's consciousness on the video, image, and sound displayed on the environment playback device 15. I can do it. As a result, the accuracy of the chaotic index value calculated by the cerebral evaluation device 1 can be improved.

例えば環境再生装置15を出力装置13として使用する場合には、被験者に環境再生装置15を注視させ、発話音声取得環境生成装置14が環境再生装置15に、写真、イラスト、物体の影絵、視力検査表等を表示し、その識別を被験者に発話によって行わせ、マイクロフォン10でその発話音声を取得する。  For example, when the environment playback device 15 is used as the output device 13, the subject is made to pay attention to the environment playback device 15, and the utterance voice acquisition environment generation device 14 causes the environment playback device 15 to send a photograph, an illustration, an object shadow, and a vision test. A table or the like is displayed, the subject is identified by utterance, and the utterance voice is acquired by the microphone 10.

例えば「何が見えますか?」といった問いかけを被験者に行い、「子犬」といった答えが返される際に、その発話音声を分析対象としてマイクロフォン10により取得する。  For example, a question such as “What can you see?” Is asked to the subject, and when an answer such as “puppy” is returned, the speech is acquired by the microphone 10 as an analysis target.

又、環境再生装置15をヘッドフォンやスピーカーのような音声再生装置として使用する場合には、発話音声取得環境生成装置14が環境再生装置15に、ガラスが割れる音、列車の音、波の音等を再生し、はじめは小さな音量から次第に大きな音量に変化させ、或いは完結的に再生して、この音声の識別を被験者に発話により行わせる。  When the environment playback device 15 is used as a sound playback device such as a headphone or a speaker, the utterance voice acquisition environment generation device 14 makes the environment playback device 15 sound such as glass breaking, train sound, wave sound, etc. , And at first, the volume is gradually changed from a small volume to a gradually large volume, or is reproduced completely, and the subject is identified by speaking.

例えば「何が聴こえますか?」といった問いかけを被験者に行い、「パトカーのサイレン」といった答えが返される際に、その発話音声を分析対象としてマイクロフォン10により取得する。  For example, a question such as “What can you hear?” Is asked to the subject, and when an answer such as “a police car siren” is returned, the speech is acquired by the microphone 10 as an analysis target.

このようにして取得した発話音声信号を大脳評価装置1でカオス論的指標値を算出し、評価することとなる。  The utterance speech signal acquired in this way is calculated by the cerebral evaluation device 1 by calculating a chaotic index value.

尚、上述の実施例の環境再生装置15を、映像、画像、音声等の他にも、匂い、味、体感される振動等を、被験者の意識を集中させる対象としても良い。  In addition, the environment reproduction apparatus 15 of the above-described embodiment may be a target for concentrating the subject's consciousness in addition to video, image, audio, and the like, smell, taste, vibrations to be experienced.

本発明に於ける各手段、データベースは、その機能が論理的に区別されているのみであって、物理上あるいは事実上は同一の領域を為していても良い。又データベースとの記載には、何らかのデータを記憶する記憶手段であれば良く、更にデータベースの代わりにデータファイルであっても良いことは言うまでもなく、データベースとの記載にはデータファイルをも含んでいる。  Each means and database in the present invention are logically distinguished from each other in function, and may be physically or practically the same area. The description with the database may be any storage means for storing some data, and it goes without saying that a data file may be used instead of the database, and the description with the database includes a data file. .

尚、本発明を実施するにあたり本実施態様の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記録した記憶媒体をシステムに供給し、そのシステムのコンピュータが記憶媒体に格納されたプログラムを読み出し実行することによって実現されることは当然である。  In implementing the present invention, a storage medium storing a software program for realizing the functions of this embodiment is supplied to the system, and the computer of the system reads and executes the program stored in the storage medium. Of course.

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラム自体が前記した実施態様の機能を実現することとなり、そのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を当然のことながら構成することになる。  In this case, the program itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the storage medium storing the program naturally constitutes the present invention.

プログラムを供給する為の記憶媒体としては、例えば磁気ディスク、ハードディスク光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を使用することができる。  As a storage medium for supplying the program, for example, a magnetic disk, a hard disk optical disk, a magneto-optical disk, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, or the like can be used.

又、コンピュータが読み出したプログラムを実行することにより、上述した実施態様の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステムなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前記した実施態様の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。  In addition, by executing the program read by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an operating system running on the computer is one of the actual processes based on the instructions of the program. It goes without saying that the case where the function of the above-described embodiment is realized by performing part or all of the processing and the processing thereof is also included.

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わる不揮発性あるいは揮発性の記憶手段に書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、機能拡張ボードあるいは機能拡張ユニットに備わる演算処理装置などが実際の処理の一部あるいは全部を行い、その処理により前記した実施態様の機能が実現される場合も含まれることは当然である。  Furthermore, after the program read from the storage medium is written in the nonvolatile or volatile storage means provided in the function expansion board inserted into the computer or the function expansion unit connected to the computer, the program is instructed. On the basis of the above, it is natural that the arithmetic processing device or the like provided in the function expansion board or the function expansion unit performs part or all of the actual processing and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.

本発明を用いることによって、従来のように被験者に負荷と意識させることなく、発話音声信号から被験者の大脳の活性度を測定することが可能となる。そしてこの測定した値を予め記録してある大脳の活性度の統計データと比較することによって、被験者の脳の活性度がどの程度であるか、例えば被験者の痴呆の進行状況等を把握することが出来る。  By using the present invention, the activity of the cerebrum of the subject can be measured from the speech signal without making the subject aware of the load as in the conventional case. Then, by comparing this measured value with pre-recorded statistical data of cerebral activity, it is possible to grasp the degree of activity of the subject's brain, for example, the progress of dementia of the subject, etc. I can do it.

[図1]本発明の大脳評価装置を含む全体のシステム構成の一例を示したシステム構成図である。
[図2]本発明の大脳評価装置のシステム構成の一例を示したシステム構成図である。
[図3]本発明の大脳評価装置を含む全体の他のシステム構成の一例を示したシステム構成図である。
[図4]本発明の全体の処理プロセスの流れの一例を示すフローチャート図である。
[図5]発話音声信号の周期性を利用したカオス論的指標値を算出する際の、カオス論的指標値の算出の概念を示す図である。
[図6]カオス論的指標値と年齢との対応関係を示したグラフである。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of the entire system configuration including a cerebral evaluation apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a system configuration diagram showing an example of the system configuration of the cerebral evaluation apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a system configuration diagram showing an example of another overall system configuration including the cerebral evaluation apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the overall processing process flow of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a concept of calculating a chaotic index value when calculating a chaotic index value using the periodicity of a speech signal.
FIG. 6 is a graph showing the correspondence between chaotic index values and age.

符号の説明Explanation of symbols

1:大脳評価装置
2:発話音声信号取得部
3:カオス論的指標値演算部
4:評価部
5:出力部
6:統計情報データベース
10:マイクロフォン
11:マイクロフォン用ヘッドアンプ
12:操作入力装置
13:出力装置
14:発話音声取得環境生成装置
15:環境再生装置
1: Cerebral evaluation device 2: Speech voice signal acquisition unit 3: Chaotic index value calculation unit 4: Evaluation unit 5: Output unit 6: Statistical information database 10: Microphone 11: Head amplifier for microphone 12: Operation input device 13: Output device 14: Speech voice acquisition environment generation device 15: Environment playback device

Claims (6)

被験者の発話する発話音声信号によって大脳の状態を評価する大脳評価装置であって、
複数の被験者の発話音声信号のカオス論的指標値を記録している統計情報データベースと、
前記発話音声信号を取得する発話音声信号取得部と、
前記取得した発話音声信号の周期性を利用したカオス論的信号処理により、前記発話音声信号のカオス論的指標値を演算するカオス論的指標値演算部と、
前記演算したカオス論的指標値を、前記統計情報データベースを参照し、前記被験者の大脳の状態を評価する評価部と、
前記評価部で評価した結果を出力する出力部と、
を有することを特徴とする大脳評価装置。
A cerebral evaluation device that evaluates the state of the cerebrum based on speech signals uttered by a subject,
A statistical information database recording chaotic index values of speech signals of multiple subjects;
An utterance voice signal acquisition unit for acquiring the utterance voice signal;
A chaotic index value calculation unit for calculating a chaotic index value of the spoken voice signal by chaotic signal processing using the periodicity of the acquired spoken voice signal;
The calculated chaotic index value, referring to the statistical information database, an evaluation unit for evaluating the cerebral state of the subject,
An output unit that outputs a result of the evaluation performed by the evaluation unit;
A cerebrum evaluation device characterized by comprising:
被験者の発話する発話音声信号によって大脳の状態を評価する大脳評価装置であって、
前記被験者の発話音声信号のカオス論的指標値を経時的に記録している統計情報データベースと、
前記発話音声信号を取得する発話音声信号取得部と、
前記取得した発話音声信号の周期性を利用したカオス論的信号処理により、前記発話音声信号のカオス論的指標値を演算するカオス論的指標値演算部と、
前記演算したカオス論的指標値を、前記統計情報データベースを参照し、前記被験者の大脳の状態を評価する評価部と、
前記評価部で評価した結果を出力する出力部と、
を有することを特徴とする大脳評価装置。
A cerebral evaluation device that evaluates a cerebral state based on an utterance voice signal uttered by a subject,
A statistical information database in which the chaotic index value of the speech signal of the subject is recorded over time;
An utterance voice signal acquisition unit for acquiring the utterance voice signal;
A chaotic index value calculation unit for calculating a chaotic index value of the spoken voice signal by chaotic signal processing using the periodicity of the acquired spoken voice signal;
The calculated chaotic index value, referring to the statistical information database, an evaluation unit for evaluating the cerebral state of the subject,
An output unit that outputs a result of the evaluation performed by the evaluation unit;
A cerebrum evaluation device characterized by comprising:
前記発話音声信号取得部は、
音声取得装置により取得された発話音声信号がAD変換器によりサンプリングされた後の発話音声信号を取得する、
ことを特徴とする請求の範囲1又は請求の範囲2に記載の大脳評価装置。
The speech signal acquisition unit is
Obtaining an utterance voice signal after the utterance voice signal acquired by the voice acquisition device is sampled by the AD converter;
The cerebral evaluation apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein
前記統計情報データベースは、
前記複数の被験者の発話音声信号のカオス論的指標値と、その者の人種、年齢、性別のうちのいずれか一以上とを対応づけて記録しており、
前記評価部は、
前記発話した被験者の人種、年齢、性別のうちいずれか一以上とその者のカオス論的指標値と、前記統計情報データベースに記録している人種、年齢、性別、カオス論的指標値とを比較し、前記被験者の大脳の状態を評価する、
ことを特徴とする請求の範囲1に記載の大脳評価装置。
The statistical information database is
The chaos-theoretic index value of the utterance voice signals of the plurality of subjects is recorded in association with any one or more of the race, age, and gender of the person,
The evaluation unit is
One or more of the race, age, and sex of the subject who spoke and the chaotic index value of the person, and the race, age, sex, chaotic index value recorded in the statistical information database Comparing the cerebral state of the subject,
The cerebral evaluation apparatus according to claim 1, wherein
前記統計情報データベースは、
前記被験者の発話音声信号のカオス論的指標値を、前記被験者の加齢情報、脳機能疾病状態の経時的変化と対応づけて記録しており、
前記評価部は、
前記被験者のカオス論的指標値の経時的変化に基づいて、前記被験者の大脳の状態を評価する、
ことを特徴とする請求の範囲2に記載の大脳評価装置。
The statistical information database is
The chaotic index value of the speech signal of the subject is recorded in association with the aging information of the subject, the temporal change in the brain function disease state,
The evaluation unit is
Evaluating the cerebral state of the subject based on a temporal change in the chaotic index value of the subject;
The cerebral evaluation apparatus according to claim 2, wherein
前記大脳評価装置は、
前記発話音声の取得環境を制御する為の発話音声取得環境生成装置と、
前記発話音声取得環境生成装置で指定された環境を再生する環境再生装置と接続しており、
前記発話音声取得環境生成装置は、
前記被験者に対して映像、画像、音声のうちいずれか一以上を前記被験者に対して再生する環境として決定し、前記環境再生装置から、前記決定した環境を再生する、
ことを特徴とする請求の範囲1又は請求の範囲2に記載の大脳評価装置。
The cerebral evaluation device
An utterance voice acquisition environment generation device for controlling the acquisition environment of the utterance voice;
It is connected to an environment playback device that plays back the environment specified by the utterance voice acquisition environment generation device,
The utterance voice acquisition environment generation device includes:
Determining one or more of video, image, and sound as an environment for the subject to be reproduced for the subject, and reproducing the determined environment from the environment reproduction device;
The cerebral evaluation apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein
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